退火自動化上下料設(shè)備提升良品率的措施

衛(wèi)曉沖

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

PERC：發(fā)射極及背表面鈍化的太陽能電池，是一種高效的先進(jìn)晶硅光伏電池結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)單晶電池轉(zhuǎn)換效率提高0.8%～1.2%，多晶電池轉(zhuǎn)換效率提高0.5%～0.8%[1]。隨著PERC電池技術(shù)的成熟及市場對高效組件需求的激增，一線廠商均在積極擴(kuò)產(chǎn)，高效PERC電池正引領(lǐng)光伏市場。

1 單晶PERC電池片生產(chǎn)工藝簡介

單晶PERC電池片的主要工藝流程有：制絨—擴(kuò)散—刻蝕—退火—背鈍化—PECVD—激光消融—絲網(wǎng)印刷—燒結(jié)—測試分選，退火，是高效晶體硅電池的必備工藝[2]。其主要作用是進(jìn)行熱氧化，在硅片表面形成較薄的鈍化層。作為退火工藝的上下料設(shè)備，作為整個工藝不可缺少的一環(huán)，盡可能的降低該步驟的硅片的不良率，是追求效益最大化的生產(chǎn)廠家的一致愿景。

2 設(shè)備的功能介紹

退火工藝時，硅片的承載舟具是石英舟，其前后道工藝的硅片承載花籃是容量為100片硅片的籃具，間距為4.76 mm，本文討論的設(shè)備使用的石英舟，是容量1 200片，間距2.38 mm，平舟。

退火自動化上下料設(shè)備的功能就是，將石英舟內(nèi)兩兩背靠背退火后的硅片取出，放入100片籃具，再吸取100片籃具中未退火的硅片，將其兩兩背靠背裝入石英舟內(nèi)進(jìn)行退火工藝。

其工作過程包括以下幾步：

裝片步驟：1)一正一反兩個籃具分別傳送到位并定位，將籃具內(nèi)硅片托起并校正。

2)兩組真空吸盤移動到籃具上方，吸取硅片。

3)再移動到石英舟上方，將硅片兩兩緊貼，插入石英舟。

卸片步驟：1)吸盤吸取石英舟內(nèi)硅片，并實(shí)現(xiàn)硅片兩兩分離。

2)吸盤移動到籃具上方，放置硅片到托齒上，校正硅片。

3)硅片落入籃具，傳送籃具到下料區(qū)。

3 不良片產(chǎn)生原因分析及改善措施

在EL(電致發(fā)光)測試中，出現(xiàn)的不良硅片，在此上下料過程中產(chǎn)生的，主要表現(xiàn)有硅片表面出現(xiàn)吸盤印、劃傷等痕跡，如圖1～圖4所示。

3.1 產(chǎn)生的原因分析

◆ 如圖1所示，印記為邊緣清晰的圓圈，與吸盤的吸孔形狀大小相吻合，如果吸盤產(chǎn)生的真空度太高，吸力過大，而PERC電池片源厚度較薄，在吸盤吸孔處使硅片產(chǎn)生了形變，損壞了硅片表面的膜，從而留下印記。

◆ 如圖2所示，這樣的印記，說明在硅片插取片過程中，吸盤與硅片產(chǎn)生了摩擦，發(fā)生了相對運(yùn)動，才會產(chǎn)生這樣的吸盤印。

◆ 如圖3所示，長條直線型、大面積劃傷，說明硅片有大面積的接觸型摩擦，分析插片機(jī)的裝卸流程，只有卸片時，背靠背的兩張硅片，在分開的過程中，兩張硅片之間會產(chǎn)生這樣的摩擦，要消除這種劃傷，必須改善分片流程。

◆ 如圖4所示，劃傷在硅片兩側(cè)，對比痕跡與硅片的相對位置，分析該劃傷可能產(chǎn)生于硅片與石英舟齒槽的摩擦，及硅片與籃具上方校正齒的摩擦。

圖1 吸盤印1 圖2 吸盤印2

3.2 采取的改善措施

1) 首先將吸盤真空發(fā)生器的進(jìn)氣氣源進(jìn)行調(diào)整，原來為0.5 MPa，調(diào)小到0.35 MPa；將吸盤吸孔大小改為Φ5 mm，這樣，同樣的真空度，由于施加到硅片的面積變小了，硅片上吸孔處的受力就變小了，硅片也就不會產(chǎn)生形變了。

2) 硅片與吸盤可能產(chǎn)生相對運(yùn)動的地方，有兩處：a)吸盤吸著硅片往石英舟托齒上插的時候;b)吸盤吸著硅片往籃具托齒上插的時候，將這兩處吸盤下降的距離調(diào)高0.5 mm，防止有的硅片變形或硅片不齊，頂?shù)酵旋X上，產(chǎn)生相對運(yùn)動，而產(chǎn)生印記。

3)要消除大面積劃傷，就要讓硅片與硅片之間少接觸，改善分片流程，先X方向移動2 mm，使兩張緊貼的硅片完全分開，然后再橫移分片，往籃具處移動。

4)消除兩側(cè)劃傷，首先要保證硅片的變形在合理范圍內(nèi)，硅片翹曲度小于1 mm，其次，石英舟齒槽的尺寸誤差要小于0.2 mm，然后改變硅片與校正齒的接觸角度，硅片與校正齒成點(diǎn)接觸，不會產(chǎn)生線性劃傷。

3.3 改善效果

針對同一臺退火爐和固定的一臺上下料設(shè)備，爐內(nèi)使用固定的5個石英舟，經(jīng)過連續(xù)10 d，每天24 h的生產(chǎn)，跟蹤每天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，在該工序，硅片不良率由0.5%降低到0.05%以下。

4 總結(jié)

通過對設(shè)備吸盤的結(jié)構(gòu)，動作流程和各種參數(shù)的優(yōu)化，改善了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高了產(chǎn)品良率，對于之后的同類設(shè)備更深入的探索研究，帶來新的思路和參考。

[1] 蔡先武，周子游，劉文峰.單晶硅PERC高效太陽電池量產(chǎn)工藝研究[D].北京：中國可再生能源學(xué)會，2017.

[2] 陳璐，吳翔，魏凱峰.PERC太陽能電池生產(chǎn)工藝研究[D].北京：中國電子學(xué)會, 2017.